Коническое сцепление

Сцепление — Энциклопедия журнала "За рулем"

Механическая трансмиссия должна иметь возможность кратковременного разъединения от работающего двигателя. Это необходимо при остановках автомобиля и при переключении передач в механической ступенчатой коробке передач. Кроме того, при троганье автомобиля с места и переключении передач соединение вала двигателя и трансмиссии должно происходить плавно, без резких рывков. В связи с этим возникает необходимость в специальном устройстве, обеспечивающем постепенное нагружение двигателя. В качестве такого устройства обычно применяется сцепление. Использование сцепления необходимо для переключения передач т.к. если трансмиссия находится под нагрузкой крутящим моментом, переключение невозможно. Прежде чем переключить передачу, сцепление необходимо выключить.В принципе, в качестве сцепления может быть использована любая управляемая муфта. Первые автомобили были оборудованы ленточным сцеплением, в котором металлическая лента охватывала снаружи металлический барабан или прижималась к нему изнутри при помощи различных рычажных элементов. Ленточные сцепления в обычном положении были выключены и включались путем перемещения рычага в определенное положение. Основным недостатком ленточных сцеплений была необходимость в использовании сложных регулировочных узлов, компенсирующих изнашивание рабочих поверхностей.

Конусное сцепление

С появлением коробок передач со скользящими шестернями появляются сцепления конусного типа. В отличие от постоянно выключенных ленточных сцеплений конусные сцепления удерживались во включенном состоянии пружиной, а выключались, когда водитель, нажимая педаль, сжимал пружину. Именно с первых конструкций конусных пружин в практику автомобилестроения вошел принцип включения сцепления пружинами.

Сцепление конусного типа:1 — фланец коленчатого вала;2 — маховик;3 — муфта выключения сцепления;4 — педаль сцепления;5 — рычаг выключения сцепления;6 — вал сцепления;7 — кожух сцепления;8 — пружина;9 — конус сцепления;10 — фрикционная накладка

В конусных сцеплениях поверхности трения составляли угол 15° с осью конуса. Конус, представляющий собой ведомый элемент, первоначально покрывался кожей, которая требовала тщательного и трудоемкого ухода, но даже при этом быстро изнашивалась. Поэтому впоследствии стали применяться прокладки из фрикционных материалов с асбестовой основой. Маховик двигателя служил ведущим элементом сцепления — его обод изнутри имел коническую поверхность, соответствующую поверхности ведомого элемента сцепления. Ведомый элемент устанавливался на шлицах (продольных выступах) вала коробки передач с возможностью осевого перемещения для выключения сцепления. В рабочем положении конусные поверхности трения были сжаты усилием пружины. Нажатие педали сопровождалось отводом ведомой части от маховика и выключением сцепления. При работе любого сцепления важно, чтобы при его выключении ведомая часть быстро останавливалась. Главным недостатком конусного сцепления было то, что обладающий большим моментом инерции ведомый элемент долго вращался после выключения сцепления, затрудняя переключение передач.

Многодисковое сцепление

На смену конусному сцеплению пришло многодисковое сцепление, работающее в масле. Оно состояло из чередующихся стальных и бронзовых дисков, закрепленных на шлицах с ведомым и ведущим барабанами. Ведомый барабан с многочисленными ведомыми дисками также обладал большим моментом инерции, что в значительной степени затрудняло переключение передач. Кроме того, при загустевании масла в холодную погоду диски слипались и сцепление не выключалось.Следующей ступенью в развитии конструкции сцепления явилось сухое многодисковое сцепление. Ведущие диски его были снабжены накладками из фрикционного материала, приклепанного к ним с обеих сторон. Но и в этом сцеплении сохранился основной недостаток многодисковых сцеплений — большой момент инерции ведомых частей сцепления, затрудняющий переключение передач. Другим недостатком такого сцепления было то, что ведомые металлические диски, расположенные между фрикционными обшивками, обладающими низкой теплопроводностью, сильно нагревались при пробуксовке, что ускоряло износ накладок, а иногда возникало сильное коробление дисков, приводившее к нарушению чистоты выключения сцепления.С 1910 г. на автомобилях начинают применять однодисковые сцепления. Однако первые конструкции не имели фрикционных накладок, диски изготавливались из чугуна и бронзы или из чугуна и стали. Постепенно преимущества однодискового фрикционного сцепления получили всеобщее признание, и к середине 20-х гг. оно уже практически вытесняет прочие конструкции фрикционных муфт.Сейчас в трансмиссиях автомобилей все чаще применяются также сцепления, построенные на иных принципах действия: гидравлические и электромагнитные.

Гидравлическое сцепление

В гидравлическом сцеплении (гидромуфте) ведущее (насосное) лопастное колесо связано с двигателем, а ведомое (турбинное) лопастное колесо — с трансмиссией. В поперечной плоскости колеса гидромуфты имеют форму тора. В колесах имеются радиальные лопасти. Оба колеса помещены в корпусе, заполненном маслом. При вращении насосного колеса кинетическая энергия жидкости, расположенной между его лопастями и движущейся под действием центробежных сил, передается турбинному колесу. При достижении определенного числа оборотов эта энергия становится достаточной для того, чтобы автомобиль тронулся с места, а при дальнейшем увеличении числа оборотов колеса гидромуфты начинают вращаться практически с одинаковой скоростью.Гидромуфта в качестве самостоятельного агрегата, выполняющего функции сцепления в трансмиссии автомобиля, не используется, так как для обеспечения ее выключения при переключении передач необходимо создавать сложную систему ее опорожнения. Поэтому гидромуфта применяется вместе с обычным фрикционным сцеплением, которое устанавливается за ней последовательно и служит лишь для переключения передач.

Электромагнитное порошковое сцепление

Электромагнитное порошковое сцепление:А, Б, В — зазоры;1 — ведущая часть;2 — неподвижный корпус;3 — обмотка возбуждения;4 — ведомая часть

Электромагнитное порошковое сцепление получило некоторое распространение на автомобилях малого класса. Ведущим элементом сцепления является маховик с закрепленными на нем магнитопроводами с обмотками возбуждения. Ведомый диск закреплен на ведущем вале коробки передач. Между магнитопроводами и ведомым диском имеется воздушный зазор, в который вводится специальный фрикционный порошок, обладающий высокими магнитными свойствами. При отсутствии тока в обмотках возбуждения между ведущими и ведомыми элементами сцепления силовой связи нет — сцепление выключено. Если к обмоткам возбуждения подводится электрический ток, то за счет образования магнитного поля, частицы порошка выстраиваются по силовым линиям магнитного поля, и создается силовое взаимодействие между ведущими и ведомыми элементами сцепления. Силовая связь зависит от силы тока, поступающего в обмотку возбуждения. Основное достоинство такой конструкции заключается в том, что управление сцеплением можно перенести с педали сцепления на ручной, кнопочный вариант управления, что актуально для водителей с ограниченными физическими возможностями.

Однодисковое сцепление

Однодисковое сцепление:1 — картер сцепления;2 — маховик;3 — фрикционные накладки ведомого диска;4 — нажимной диск;5 — опорные кольца;6 — диафрагменная пружина;7 — подшипник выключения сцепления;8 — первичный вал коробки передач;9 — поролоновые кольца;10 — муфта выключения;11 — шаровая опора вилки;12 — кожух;13 — вилка;14 — шток рабочего цилиндра;15 — соединительная пластина;16 — рабочий цилиндр;17 — штуцер прокачки;18 — демпферная пружина;19 — ступица ведомого диска

Фрикционное однодисковое сцепление в большинстве случаев является оптимальным конструктивным решением для рассматриваемого узла трансмиссии. Оно состоит из ведущих частей: маховика, кожуха, нажимного диска, вращающегося с частотой коленчатого вала двигателя, и ведомого диска, расположенного на шлицах ведущего вала коробки передач.Кроме того, во фрикционном сцеплении выделяют группу деталей, осуществляющих включение-выключение и привод сцепления. Включение сцепления осуществляется под действием силы, создаваемой пружинами, а выключение — в результате преодоления этой силы при воздействии на педаль сцепления, которая обеспечивает перемещение выжимного подшипника.В зависимости от типа пружин, создающих сжимающие силы, фрикционные сцепления разделяются на:— сцепления с периферийными пружинами;— сцепления с центральной конической пружиной;— сцепления с диафрагменной пружиной.Большинство механических трансмиссий современных легковых автомобилей имеют сцепления с диафрагменной пружиной.На грузовых автомобилях нашли применение двухдисковые сцепления, использование которых вызвано необходимостью увеличения площади поверхностей трения без увеличения внешних размеров сцепления.

Требования к конструкции сцепления

К конструкции сцепления предъявляются определенные требования.Плавность включения. Это требование диктуется необходимостью снижения динамических нагрузок в трансмиссии при троганьи автомобиля с места и переключении передач. До недавнего времени для фрикционных сцеплений применялись в основном фрикционные накладки, в состав которых входили асбест, наполнители и связующие материалы. В настоящее время все большее распространение получают фрикционные накладки без асбеста или с минимальным его содержанием. Это связано с тем, что асбестовая пыль признана опасной для здоровья человека.Конструктивно плавность включения сцепления достигается обеспечением податливости ведомого диска. С этой целью ведомые диски легковых автомобилей выполняются разрезными, с некоторой конусностью или выпуклостью секторов. В этом случае секторы работают как пластинчатые пружины между ведомым диском и одной из фрикционных накладок. Также на плавность включения оказывает влияние упругость элементов в механизме выключения. С этих позиций сцепление с диафрагменной пружиной, у которой податливые лепестки выполняют функции рычагов выключения, предпочтительнее, чем сцепление с периферийными пружинами, у которого выключение осуществляется жесткими рычагами.

Устройство, обеспечивающее гарантированный зазор между поверхностями трения:a — рычажное;б, в — со штоком и пружиной;S — рабочий зазор

Чистота выключения. Полное отсоединение двигателя от трансмиссии достигается получением гарантированного зазора между поверхностями трения при полностью выжатой педали сцепления. Для двухдискового сцепления имеется специальное устройство для принудительного перемещения внутреннего ведущего диска в положение, при котором оба ведомых диска находятся в свободном состоянии.

Предохранение трансмиссии от динамических нагрузок. Динамические нагрузки в трансмиссии могут быть единичными (пиковыми) и периодическими. Пиковые нагрузки возникают при резком изменении угловой скорости трансмиссии, например при включении сцепления броском педали, при наезде на неровность. Чтобы не произошло поломки в трансмиссии, сцепление должно ограничить предельное значение нагрузки путем пробуксовки.

Гаситель крутильных колебаний:1 — диск;2 — ступица;3 — сухарь;4 — пружина;5 — стальная шайба;6 — фрикционная шайба

Периодические нагрузки (крутильные колебания) возникают в результате неравномерности крутящего момента двигателя. Для гашения крутильных колебаний трансмиссии в ведомом диске сцепления устанавливают гаситель крутильных колебаний. Ступица ведомого диска и сам ведомый диск связаны между собой не жестко, а через пружины гасителя. Колебания, возникающие в трансмиссии, вызывают относительное угловое смещение ведомого диска и его ступицы за счет деформации пружин гасителя, а это смещение сопровождается трением фрикционных элементов гасителя. Таким образом, гашение крутильных колебаний происходит за счет сил трения. Кроме того, гаситель, изменяя жесткость трансмиссии, не допускает возможности наступления резонанса в трансмиссии, выводя резонансные частоты за область рабочих частот двигателя.Применение двухмассовых маховиков в конструкции двигателя позволило перенести гаситель крутильных колебаний из ведомого диска в маховик. Такое конструктивное решение позволяет упростить сцепление, снизить момент инерции ведомого диска и, следовательно, уменьшить нагрузки на элементы управления коробкой передач. Впервые подобные сцепления появились в 1985 г.

Графики упругих характеристик пружин:1 — сцепление с периферийными пружинами;2 — сцепление с диафрагменными пружинами

Поддержание нажимного усилия в заданных пределах в процессе эксплуатации. В процессе эксплуатации в результате износа фрикционных накладок нажимной диск перемещается в сторону маховика, изменяя жесткость пружин сцепления. В сцеплении с периферийными пружинами, которые имеют линейную упругую характеристику, это приводит к снижению нажимного усилия и передаваемого момента трения вплоть до наступления пробуксовывания сцепления.В сцеплениях с диафрагменной пружиной, которая имеет нелинейную упругую характеристику, усилие при износе накладок поддерживается примерно постоянным.Применение диафрагменной пружины позволяет упростить конструкцию, так как примерно вдвое сокращается число деталей, уменьшается размер сцепления, а пружина выполняет еще и функцию рычагов выключения. Диафрагменная пружина обеспечивает равномерное распределение усилия по всей накладке. Важным преимуществом диафрагменной пружины, по сравнению с периферийными, является то, что при повышении угловой скорости маховика центробежные силы не искажают ее характеристику. Кроме того, как видно из графика, при выключении сцепления усилие пружины снижается, что облегчает управление сцеплением. В некоторых конструкциях с диафрагменной пружиной выпуклая сторона пружины направлена внутрь сцепления. Это позволяет несколько уменьшить ширину агрегата, но усложняет конструкцию выжимного элемента и привода.Первоначально диафрагменная пружина появилась в сцеплениях легковых автомобилей. Долгое время применение ее в сцеплениях грузовых автомобилей сдерживалось технологической сложностью изготовления пружины большого диаметра.

Смотрите также:Устройство сцепленияПривод сцепления

wiki.zr.ru

Конусное сцепление

Изобретение относится преимущественно к области автомобилестроения. Конусное сцепление содержит ведущий и ведомый конусы, причем ведущий конус располагается на промежуточном валу, который одним своим концом скользящим шлицевым соединением связан с выходным валом двигателя и имеет возможность осевого перемещения. А ведомый конус соединен с ведущим валом коробки передач. Технический результат заключается в повышении надежности автомобильного сцепления. 6 ил.

Конусным сцепление называется потому, что рабочие поверхности представляемого сцепления являются конусами.

Данное изобретение может использоваться везде, где при вращении первичного вала есть необходимость мобильных включений во вращение и отключений от вращения вторичного вала. В основном же конусное сцепление предназначается для автомобилестроения.

Аналогами данного изобретения можно считать существующие в настоящее время автомобильные муфты сцепления. Мною изменена форма рабочей поверхности и введена дополнительная страховка от пробуксовки сцепления при больших нагрузках. Эта страховка выполнена в качестве дополнительного переменного карданного сочленения промежуточного вала сцепления с шлицевой втулкой первичного вала коробки передач.

Данная работа вызвана тем, что в большегрузных машинах сцепление является наименее надежным звеном механизмах трансмиссии. Это обусловлено необходимостью передачи большого крутящего момента через контакты рабочих поверхностей дисков. Для обеспечения надежной работы сцепления требуются большие усилия, сжимающие диски. Тем не менее, при больших нагрузках сцепление часто пробуксовывает и горит.

Целью данного изобретения является повышение надежности автомобильного сцепления.

Конусное сцепление это фрикционное, сухое, постоянно замкнутое сцепление с пружинным нажимным механизмом. Как и любое другое фрикционное сцепление, конусное сцепление состоит из ведущей части, ведомой части, нажимного механизма и механизма управления сцеплением, но вместо ведущего и ведомого дисков в нем используются ведущий и ведомый конусы. В конусном сцеплении сила контакта, обозначим ее символом N, в отличие от дискового, не равна продольному усилию F, прижимающему диски один к другому, но в 1/sinβ раз больше. Здесь β - угол между вектором силы пружины, действующей на подвижный конус, и направлением боковой поверхностью конуса. * Чем меньше угол конуса, тем плотнее контакт между ведущим и ведомым конусами при одинаковом усилии F. Так при β=30° усилие контакта N будет равно 2F. То есть при одинаковом усилии плотность контакта в конусном сцеплении в два раза больше, чем в обычном, дисковом. При β=15° N=F/0,26. Это почти в 4 раза больше F. Но плотность контакта это показатель эффективности сцепления. Значит, по этому показателю конусное сцепление эффективнее дискового. Представляемое сцепление с помощью дополнительного (промежуточного) вала соединяет напрямую двигатель с коробкой переключения передач, что исключает пробуксовку и горение сцепления. Для этого необходимо, чтобы выходной вал двигателя был оборудован втулкой, внутренняя поверхность которой имеет шлицы. Промежуточный вал, на котором крепится ведущий конус, имеет шлицевую поверхность размерами, одинаковыми с размерами шлицевой поверхности втулки выходного вала, и одним концом постоянно находится в этой втулке. Во втулке имеется сквозная прорезь с направлением вдоль оси. В этой прорези движется штифт, который вставляется в отверстие, просверленное в промежуточном валу, и к которому крепится кольцо, или какое-либо другое приспособление, предназначенное служить упором для выжимного подшипника при отведении ведущего конуса сцепления от ведомого. Промежуточный вал имеет возможность перемещения вдоль оси втулки на расстояние, равное длине прорези с вычетом диаметра штифта. Далее по втулке с некоторым зазором от кольца располагается выжимной подшипник. Выжимной подшипник установлен на рычаге, соединяющем его с механизмом управления, приводящим его в движение. Этим механизмом может быть педаль, силовой цилиндр или что-то другое. Выжимной подшипник должен быть выполнен в виде кольца, так как внутри него проходит втулка вала двигателя. Внутренний диаметр выжимного подшипника больше диаметра втулки и он свободно двигается вдоль ее оси. Втулка заканчивается опорным бортиком, в который упирается пружина сцепления. На промежуточном валу после пружины сцепления расположен ведущий конус. Он скользит вдоль оси вала на своей втулке. Внутри конуса на его втулке расположен опорный цилиндр. Опорный цилиндр имеет возможность осевого перемещения по втулке. На нем расположена пружина вала. Одним концом пружина упирается в торцевое кольцо ведущего конуса, другим - в бортик опорного цилиндра. Во втулке первичного конуса, как и во втулке вала, выполнена прорезь. В этой прорези вдоль втулки двигается штифт, соединяющий вал с опорным цилиндром. Пружина вала должна быть слабее пружины сцепления. Далее вал проходит в ведомый конус сцепления. Промежуточный вал вращается в подшипниках, установленных на своей втулке в ведомом конусе сцепления. Ведомый конус сидит на втулке ведущего вала коробки переключения передач (КПП). Внутренняя поверхность втулки шлицевая и имеет размеры, одинаковые с внешней шлицевой поверхностью промежуточного вала. Между ведомым конусом и кожухом сцепления устанавливается подшипник, в котором и вращается ведомый конус. При выключенном сцеплении (разъединенных дисках) между промежуточным валом и шлицевой втулкой ведущего вала КПП должен быть некоторый зазор. При включенном сцеплении промежуточный вал своим свободным концом должен входить в шлицевую втулку ведущего вала КПП.

В Заявке представлены следующие чертежи:

Фиг.1. Действие силы и сила реакции в дисковом сцеплении.

Фиг.2. Действие силы и сила реакции в конусном сцеплении.

Фиг.3. Схема общего вида конусного сцепления.

Фиг.4. Выжимной подшипник.

Фиг.5. Соединительная втулка выходного вала двигателя.

Фиг.6. Промежуточный вал.

Конусное сцепление состоит из кожуха сцепления 1, в котором расположены ведущий 9 и ведомый 10 конусы сцепления. Ведомый конус сцепления расположен на шлицевой втулке 13 ведущего вала 12 КПП и вращается в своем подшипнике 11. Ведущий конус располагается на промежуточном валу 6, на своей шлицевой втулке 15, имеющей возможность поступательного движения вдоль промежуточного вала. Промежуточный вал 6 имеет шлицевую поверхность и вращается в своем подшипнике 14. В ведущем конусе по шлицевой втулке 15 двигается соединенный с промежуточным валом штифтом 17 опорный цилиндр 16 с пружиной промежуточного вала 8. В торцевое кольцо ведущего конуса упирается пружина сцепления 7, которая другим своим концом упирается в опорный бортик 5 шлицевой соединительной втулки выходного вала двигателя 2. На втулке располагается опорное кольцо выжимного подшипника 20, на рычаге 4 размещается выжимной подшипник 3. Опорное кольцо 20 соединяется с промежуточным валом 6 с помощью штифта 19, проходящего через отверстие 23, просверленное в промежуточном вале. В шлицевой соединительной втулке выполнена сквозная прорезь 21, в которой двигается штифт 19 с опорным кольцом 20. При включенном сцеплении, промежуточный вал 6 одним концом сидит в шлицевой втулке вала двигателя 2, другим концом сидит в шлицевой втулке 11 ведущего вала коробки передач 12. Таким образом, при включенном сцеплении само контактное сцепление выключено из работы, а крутящий момент от двигателя коробке переключения передач передается через промежуточный вал. Ведомый конус сцепления 10 расположен на втулке 11 ведущего вала коробки передач 12 и при включенном сцеплении вращается вместе с валом 6 и ведущим конусом 9. Для выключения сцепления на рычаг сцепления 4 оказывается силовое воздействие, выжимной подшипник 3 давит на опорное кольцо 20, кольцо двигает вдоль оси вала, прикрепленный к нему штифт 19. Штифт ведет за собой промежуточный вал 6. Промежуточный вал, двигаясь по направлению к двигателю, выходит из втулки 13 вала коробки передач. В то же время промежуточный вал через штифт опорного цилиндра 17 ведет за собой опорный цилиндр 16. Опорный цилиндр, сжав пружину вала 8, упирается в торцевое кольцо конуса и, преодолевая сопротивление пружины сцепления 7, отводит ведущий конус 9 от ведомого 10, разорвав, таким образом, цепочку передачи вращения от двигателя коробке передач. При прекращении силового воздействия на рычаг сцепления, пружина сцепления 7, упираясь одним своим концом в опорный бортик соединительной втулки 5, а другим - в кольцо ведущего конуса сцепления 9, толкает ведущий конус вдоль оси вала по направлению от двигателя. Так как пружина сцепления 7 сильнее пружины вала 8, она сработает первой и сцепит ведущий и ведомый конусы сцепления. Ведомый конус сцепления расположен на втулке ведущего вала коробки переключения передач 13. Начав вращаться, он вращает втулку коробки переключения передач 13 со своим ведущим валом 12. Пружина промежуточного вала сцепления 8, после того как произошло соединение конусов, толкает опорный цилиндр, а с ним и промежуточный вал через штифт 19, вставленный в ведущим валом 12. Пружина промежуточного вала сцепления 8, после того как произошло соединение конусов, толкает опорный цилиндр, а с ним и промежуточный вал через штифт 19, вставленный в отверстие в вале 22, по прорези втулки ведущего конуса, по направлению к коробке передач. Так как сцепление уже произошло, и втулка 13 первичного вала коробки переключения передач вращается со скоростью, равной скорости вращения двигателя, промежуточный вал войдет во втулку 13 первичного вала коробки переключения передач. Таким образом, придет в действие цепочка передачи вращения от двигателя коробке переключения передач через промежуточный вал. Если промежуточный вал не попадет в шлицы втулки, при большом усилии двигателя конусы сцепления несколько провернутся, шлицы промежуточного вала найдут свои гнезда во втулке и зайдут в них. Промежуточный вал может быть полым и выполнен с внутренними шлицами под шлицевой конец выходного вала двигателя и шлицевой конец ведущего вала коробки передач, может иметь глухие проточки с внутренними шлицами, может иметь с одного конца внутренние шлицы, с другого - внешние. Использование вала или втулки в соединении будет зависеть от конкретного конструктивного решения в конкретном двигателе.

Вывод.

Замена в сцеплении дисков конусами и введение промежуточного вала повысит надежность сцепления.

*Учебник ″ФИЗИКА″ для 9-го класса М.М.Балашова, 1994 г. стр.225.

Обозначения на чертежах.

1 - кожух сцепления

2 - шлицевая соединительная втулка выходного вала двигателя

3 - выжимной подшипник сцепления

4 - рычаг сцепления

5 - опорный бортик соединительной втулки

6 - промежуточный вал

7 - пружина сцепления

8 - пружина вала

9 - ведущий конус сцепления

10 - ведомый конус сцепления

11 - подшипник ведомого конуса

12 - ведущий вал коробки переключения передач

13 - шлицевая втулка ведущего вала коробки передач

14 - подшипник промежуточного вала

15 - шлицевая втулка ведущего конуса

16 - опорный цилиндр промежуточного вала

17 - штифт опорного цилиндра

18 - силовой цилиндр сцепления

19 - штифт промежуточного вала

20 - опорное кольцо выжимного подшипника

21 - прорезь соединительной втулки

22 - отверстие под штифт промежуточного вала

23 - отверстие под штифт выжимного подшипника

Конусное сцепление, содержащее ведущий конус, расположенный на промежуточном валу, который одним из своих концов скользящим шлицевым соединением связан с выходным валом двигателя, и ведомый конус, соединенный с ведущим валом коробки передач, в котором промежуточный вал, благодаря возможности осевого перемещения, при включении сцепления смыкает конусы, угловая скорость ведущего и ведомого конусов выравнивается, промежуточный вал, продолжая движение, другим своим концом входит в шлицевое соединение с ведущим валом коробки передач, жестко соединяя собой цепочку передачи крутящего момента от двигателя коробке передач, а при выключении сцепления, двигаясь в обратную сторону, промежуточный вал выходит из шлицевого соединения с ведущим валом коробки передач, разрывая при этом жесткую цепочку передачи крутящего момента от двигателя коробке передач, далее разъединяются конусы, полностью разъединяя цепочку передачи крутящего момента от двигателя коробке передач.

www.findpatent.ru

конусное сцепление - патент РФ 2286262

Конусным сцепление называется потому, что рабочие поверхности представляемого сцепления являются конусами.

Целью данного изобретения является повышение надежности автомобильного сцепления.

Конусное сцепление это фрикционное, сухое, постоянно замкнутое сцепление с пружинным нажимным механизмом. Как и любое другое фрикционное сцепление, конусное сцепление состоит из ведущей части, ведомой части, нажимного механизма и механизма управления сцеплением, но вместо ведущего и ведомого дисков в нем используются ведущий и ведомый конусы. В конусном сцеплении сила контакта, обозначим ее символом N, в отличие от дискового, не равна продольному усилию F, прижимающему диски один к другому, но в 1/sin раз больше. Здесь - угол между вектором силы пружины, действующей на подвижный конус, и направлением боковой поверхностью конуса. * Чем меньше угол конуса, тем плотнее контакт между ведущим и ведомым конусами при одинаковом усилии F. Так при =30° усилие контакта N будет равно 2F. То есть при одинаковом усилии плотность контакта в конусном сцеплении в два раза больше, чем в обычном, дисковом. При =15° N=F/0,26. Это почти в 4 раза больше F. Но плотность контакта это показатель эффективности сцепления. Значит, по этому показателю конусное сцепление эффективнее дискового. Представляемое сцепление с помощью дополнительного (промежуточного) вала соединяет напрямую двигатель с коробкой переключения передач, что исключает пробуксовку и горение сцепления. Для этого необходимо, чтобы выходной вал двигателя был оборудован втулкой, внутренняя поверхность которой имеет шлицы. Промежуточный вал, на котором крепится ведущий конус, имеет шлицевую поверхность размерами, одинаковыми с размерами шлицевой поверхности втулки выходного вала, и одним концом постоянно находится в этой втулке. Во втулке имеется сквозная прорезь с направлением вдоль оси. В этой прорези движется штифт, который вставляется в отверстие, просверленное в промежуточном валу, и к которому крепится кольцо, или какое-либо другое приспособление, предназначенное служить упором для выжимного подшипника при отведении ведущего конуса сцепления от ведомого. Промежуточный вал имеет возможность перемещения вдоль оси втулки на расстояние, равное длине прорези с вычетом диаметра штифта. Далее по втулке с некоторым зазором от кольца располагается выжимной подшипник. Выжимной подшипник установлен на рычаге, соединяющем его с механизмом управления, приводящим его в движение. Этим механизмом может быть педаль, силовой цилиндр или что-то другое. Выжимной подшипник должен быть выполнен в виде кольца, так как внутри него проходит втулка вала двигателя. Внутренний диаметр выжимного подшипника больше диаметра втулки и он свободно двигается вдоль ее оси. Втулка заканчивается опорным бортиком, в который упирается пружина сцепления. На промежуточном валу после пружины сцепления расположен ведущий конус. Он скользит вдоль оси вала на своей втулке. Внутри конуса на его втулке расположен опорный цилиндр. Опорный цилиндр имеет возможность осевого перемещения по втулке. На нем расположена пружина вала. Одним концом пружина упирается в торцевое кольцо ведущего конуса, другим - в бортик опорного цилиндра. Во втулке первичного конуса, как и во втулке вала, выполнена прорезь. В этой прорези вдоль втулки двигается штифт, соединяющий вал с опорным цилиндром. Пружина вала должна быть слабее пружины сцепления. Далее вал проходит в ведомый конус сцепления. Промежуточный вал вращается в подшипниках, установленных на своей втулке в ведомом конусе сцепления. Ведомый конус сидит на втулке ведущего вала коробки переключения передач (КПП). Внутренняя поверхность втулки шлицевая и имеет размеры, одинаковые с внешней шлицевой поверхностью промежуточного вала. Между ведомым конусом и кожухом сцепления устанавливается подшипник, в котором и вращается ведомый конус. При выключенном сцеплении (разъединенных дисках) между промежуточным валом и шлицевой втулкой ведущего вала КПП должен быть некоторый зазор. При включенном сцеплении промежуточный вал своим свободным концом должен входить в шлицевую втулку ведущего вала КПП.

В Заявке представлены следующие чертежи:

Фиг.1. Действие силы и сила реакции в дисковом сцеплении.

Фиг.2. Действие силы и сила реакции в конусном сцеплении.

Фиг.3. Схема общего вида конусного сцепления.

Фиг.4. Выжимной подшипник.

Фиг.5. Соединительная втулка выходного вала двигателя.

Фиг.6. Промежуточный вал.

Вывод.

Замена в сцеплении дисков конусами и введение промежуточного вала повысит надежность сцепления.

*Учебник ФИЗИКА для 9-го класса М.М.Балашова, 1994 г. стр.225.

Обозначения на чертежах.

1 - кожух сцепления

2 - шлицевая соединительная втулка выходного вала двигателя

3 - выжимной подшипник сцепления

4 - рычаг сцепления

5 - опорный бортик соединительной втулки

6 - промежуточный вал

7 - пружина сцепления

8 - пружина вала

9 - ведущий конус сцепления

10 - ведомый конус сцепления

11 - подшипник ведомого конуса

12 - ведущий вал коробки переключения передач

13 - шлицевая втулка ведущего вала коробки передач

14 - подшипник промежуточного вала

15 - шлицевая втулка ведущего конуса

16 - опорный цилиндр промежуточного вала

17 - штифт опорного цилиндра

18 - силовой цилиндр сцепления

19 - штифт промежуточного вала

20 - опорное кольцо выжимного подшипника

21 - прорезь соединительной втулки

22 - отверстие под штифт промежуточного вала

23 - отверстие под штифт выжимного подшипника

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

www.freepatent.ru

Конусное сцепление | Банк патентов

Конусным сцепление называется потому, что рабочие поверхности представляемого сцепления являются конусами.

Целью данного изобретения является повышение надежности автомобильного сцепления.

Конусное сцепление это фрикционное, сухое, постоянно замкнутое сцепление с пружинным нажимным механизмом. Как и любое другое фрикционное сцепление, конусное сцепление состоит из ведущей части, ведомой части, нажимного механизма и механизма управления сцеплением, но вместо ведущего и ведомого дисков в нем используются ведущий и ведомый конусы. В конусном сцеплении сила контакта, обозначим ее символом N, в отличие от дискового, не равна продольному усилию F, прижимающему диски один к другому, но в 1/sinβ.GIF; раз больше. Здесь β.GIF; - угол между вектором силы пружины, действующей на подвижный конус, и направлением боковой поверхностью конуса. * Чем меньше угол конуса, тем плотнее контакт между ведущим и ведомым конусами при одинаковом усилии F. Так при β.GIF; =30° усилие контакта N будет равно 2F. То есть при одинаковом усилии плотность контакта в конусном сцеплении в два раза больше, чем в обычном, дисковом. При β.GIF; =15° N=F/0,26. Это почти в 4 раза больше F. Но плотность контакта это показатель эффективности сцепления. Значит, по этому показателю конусное сцепление эффективнее дискового. Представляемое сцепление с помощью дополнительного (промежуточного) вала соединяет напрямую двигатель с коробкой переключения передач, что исключает пробуксовку и горение сцепления. Для этого необходимо, чтобы выходной вал двигателя был оборудован втулкой, внутренняя поверхность которой имеет шлицы. Промежуточный вал, на котором крепится ведущий конус, имеет шлицевую поверхность размерами, одинаковыми с размерами шлицевой поверхности втулки выходного вала, и одним концом постоянно находится в этой втулке. Во втулке имеется сквозная прорезь с направлением вдоль оси. В этой прорези движется штифт, который вставляется в отверстие, просверленное в промежуточном валу, и к которому крепится кольцо, или какое-либо другое приспособление, предназначенное служить упором для выжимного подшипника при отведении ведущего конуса сцепления от ведомого. Промежуточный вал имеет возможность перемещения вдоль оси втулки на расстояние, равное длине прорези с вычетом диаметра штифта. Далее по втулке с некоторым зазором от кольца располагается выжимной подшипник. Выжимной подшипник установлен на рычаге, соединяющем его с механизмом управления, приводящим его в движение. Этим механизмом может быть педаль, силовой цилиндр или что-то другое. Выжимной подшипник должен быть выполнен в виде кольца, так как внутри него проходит втулка вала двигателя. Внутренний диаметр выжимного подшипника больше диаметра втулки и он свободно двигается вдоль ее оси. Втулка заканчивается опорным бортиком, в который упирается пружина сцепления. На промежуточном валу после пружины сцепления расположен ведущий конус. Он скользит вдоль оси вала на своей втулке. Внутри конуса на его втулке расположен опорный цилиндр. Опорный цилиндр имеет возможность осевого перемещения по втулке. На нем расположена пружина вала. Одним концом пружина упирается в торцевое кольцо ведущего конуса, другим - в бортик опорного цилиндра. Во втулке первичного конуса, как и во втулке вала, выполнена прорезь. В этой прорези вдоль втулки двигается штифт, соединяющий вал с опорным цилиндром. Пружина вала должна быть слабее пружины сцепления. Далее вал проходит в ведомый конус сцепления. Промежуточный вал вращается в подшипниках, установленных на своей втулке в ведомом конусе сцепления. Ведомый конус сидит на втулке ведущего вала коробки переключения передач (КПП). Внутренняя поверхность втулки шлицевая и имеет размеры, одинаковые с внешней шлицевой поверхностью промежуточного вала. Между ведомым конусом и кожухом сцепления устанавливается подшипник, в котором и вращается ведомый конус. При выключенном сцеплении (разъединенных дисках) между промежуточным валом и шлицевой втулкой ведущего вала КПП должен быть некоторый зазор. При включенном сцеплении промежуточный вал своим свободным концом должен входить в шлицевую втулку ведущего вала КПП.

В Заявке представлены следующие чертежи:

Фиг.1. Действие силы

и сила реакции

в дисковом сцеплении.

Фиг.2. Действие силы

и сила реакции

в конусном сцеплении.

Фиг.3. Схема общего вида конусного сцепления.

Фиг.4. Выжимной подшипник.

Фиг.5. Соединительная втулка выходного вала двигателя.

Фиг.6. Промежуточный вал.

Вывод.

Замена в сцеплении дисков конусами и введение промежуточного вала повысит надежность сцепления.

*Учебник ″.GIF; ФИЗИКА″.GIF; для 9-го класса М.М.Балашова, 1994 г. стр.225.

Обозначения на чертежах.

1 - кожух сцепления

2 - шлицевая соединительная втулка выходного вала двигателя

3 - выжимной подшипник сцепления

4 - рычаг сцепления

5 - опорный бортик соединительной втулки

6 - промежуточный вал

7 - пружина сцепления

8 - пружина вала

9 - ведущий конус сцепления

10 - ведомый конус сцепления

11 - подшипник ведомого конуса

12 - ведущий вал коробки переключения передач

13 - шлицевая втулка ведущего вала коробки передач

14 - подшипник промежуточного вала

15 - шлицевая втулка ведущего конуса

16 - опорный цилиндр промежуточного вала

17 - штифт опорного цилиндра

18 - силовой цилиндр сцепления

19 - штифт промежуточного вала

20 - опорное кольцо выжимного подшипника

21 - прорезь соединительной втулки

22 - отверстие под штифт промежуточного вала

23 - отверстие под штифт выжимного подшипника

bankpatentov.ru

Московский государственный технический университет «мами»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

А.В. Острецов,

П.А. Красавин,

В.В. Воронин

АВТОМОБИЛЬНЫЕ СЦЕПЛЕНИЯ

Учебное пособие

Рекомендовано УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности «Автомобиле - и тракторостроение»

г. Москва – 2011

УДК 629.113 – 578

Острецов А.В., Красавин П.А., Воронин В.В. Автомобильные сцепления: Учебное пособие по дисциплинам «Конструкция автомобиля и трактора» и «Конструирование и расчет автомобиля» для студентов вузов, обучающихся по специальности 190201 (150100) «Автомобиле - и тракторостроение». – М.: МГТУ «МАМИ», 2011. – 98 с.

В учебном пособии изложены особенности конструкций автомобильных сцеплений, их приводов и стандартного двухмассового маховика. Даны классификация сцеплений и предъявляемые к ним требования. Приведены порядок расчета сцепления в целом и отдельных его деталей, а также примеры выбора параметров диафрагменной нажимной пружины и определения размеров фрикционных накладок ведомого диска. Даны тенденции развития систем управления сцеплением.

Рецензенты:Зав. кафедрой «Колесные и гусеничные машины» МГТУ «МАМИ» засл. деятель науки РФ, д-р техн. наук, проф. ШАРИПОВ В.М.; Начальник отдела тяжёлых наземных комплексов НПЦ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана, д-р техн. наук, проф. БЕЛОУСОВ Б.Н.

Содержание

Введение ............................................................................................................. 5

1. Классификация сцеплений ......................................................................... 8

2. Требования, предъявляемые к сцеплениям .......................................... 10

3. Гидравлическое сцепление (гидромуфта) ............................................... 11

4. Электромагнитное порошковое сцепление .............................................. 14

5. Конструкции фрикционных сцеплений ..………………………............ 16

5.1. Сцепление с диафрагменной нажимной пружиной ...………..........… 16

5.2. Особенности конструкций сцеплений с периферийными пружи-

нами и центральной конической пружиной ...……………….................... 24

5.3. Полуцентробежное фрикционное сцепление ...................................... 27

5.4. Центробежное фрикционное сцепление .............................................. 29

5.5. Сцепление с автоматической компенсацией износа накладок

ведомого диска (система XTend) ............................................................... 31

6. Расчет сцепления ...……………………………………………….…….... 34

6.1. Определение расчетного момента трения сцепления ...….…........... 35

6.2. Определение работы Aб буксования сцепления, удельной рабо-

ты Aуд буксования и температуры t0 деталей сцепления в процессе

буксования ...…………………………………....................…................. 36

7. Конструирование и расчет деталей фрикционных сцеплений ……. 43

7.1. Нажимной и средний ведущие диски ...………………………......... 43

7.2. Ведомые диски ...……………………………………………..……... 44

7.3. Пружины ...………………………………………………………..…. 53

7.4. Рычаги выключения сцепления ...……………………………….…. 63

7.5. Кожух сцепления ......………………………………………….......... 63

7.6. Картер сцепления ..…………………………………………….…..... 64

8. Привод сцепления ...……………………………….....……………..….... 64

9. Тенденции развития систем управления сцеплениями ...….........…. 74

Список литературы ....................................................................................... 81

Приложение 1. Двухдисковое сцепление с периферийными пружинами ... 82

Приложение 2. Определение размеров фрикционных накладок для одно-

дискового сцепления автомобиля КамАЗ-4310 (6х6) ................................... 83

Приложение 3. Особенности конструкции стандартного двухмассового маховика ............................................................................................................ 86

Приложение 4. Выбор параметров диафрагменной нажимной пружины

вдавливаемого типа для однодискового сцепления автомобиля КамАЗ-

4310 (6х6) .......................................................................................................... 91

Приложение 5. Механический привод управления сцеплением с пневма-

тическим усилителем (пневмомеханический привод) ................................... 93

Приложение 6. Гидропневматический привод управления сцеплением …. 96

Введение

Сцепление предназначено для кратковременного разобщения коленчатого вала двигателя от трансмиссии и последующего их соединения, необходимого для осуществления плавного трогания автомобиля с места и переключения передач во время движения. Сцепление также служит для предохранения трансмиссии и двигателя автомобиля от перегрузок инерционными моментами.

Первые автомобили были оборудованы ленточными сцеплениями, в которых металлическая лента охватывала снаружи металлический барабан. Их особенность состояла в том, что в обычном положении они были постоянно выключены и включались путем перемещения рычага в определенное положение. Основным их недостатком была необходимость в использовании сложных регулировочных узлов, компенсирующих изнашивание рабочих поверхностей.

Появившиеся в дальнейшем конусные сцепления были постоянно включенными (рисунок 1). Маховик двигателя 2, являвшийся ведущим элементом сцепления, крепился к фланцу коленчатого вала и имел изнутри коническую поверхность. Соответствующую наружную коническую поверхность имел конус 9, являвшийся вместе с кожухом сцепления 7 ведомым элементом, который перемещался в осевом направлении по шлицам первичного вала коробки передач. Во включенном (рабочем) положении конус 9 с фрикционной накладкой 10 удерживались усилием пружины 8. Сцепление выключалось, когда водитель нажимал педаль сцепления 4 и через рычаг 5 и муфту выключения сцепления 3 сжимал пружину 8.

В конусных сцеплениях угол между поверхностью трения и осью конуса составлял 150. В последних конструкциях фрикционные накладки применялись из фрикционных материалов с асбестовой основой.

Главным недостатком конусных сцеплений был большой момент инерции ведомого элемента, в результате чего он долго вращался после выключения сцепления, затрудняя переключение передач.

Рисунок 1 – Конусное сцепление:

1 – фланец коленчатого вала; 2 – маховик; 3 – муфта выключения сцепления; 4 – педаль сцепления; 5 – рычаг выключения сцепления; 6 – вал сцепления; 7 – кожух сцепления; 8 – пружина; 9 – конус сцепления; 10 – фрикционная накладка

На смену конусным сцеплениям пришли многодисковые сцепления, работающие в масляной ванне. Они состояли из чередующихся стальных и бронзовых дисков, закрепленных на шлицах с ведомым и ведущим барабанами, т.е. имели большое число поверхностей трения и обеспечивали высокую плавность включения. Однако ведомый барабан с многочисленными ведомыми дисками обладал большим моментом инерции, что в значительной степени затрудняло переключение передач. Кроме того, при отрицательных температурах окружающего воздуха масло густело, ведущие и ведомые диски слипались, и сцепление не выключалось. В дальнейшем такие сцепления нашли широкое применение в качестве дисковых фрикционных элементов управления в планетарных коробках передач, а также в качестве многодисковых муфт.

Дальнейшим развитием многодисковых сцеплений стали сухие многодисковые сцепления. Их ведущие диски снабжены накладками из фрикционного материала, приклепанного к дискам с обеих сторон. Эти сцепления могут передавать особо большой крутящий момент при относительно небольших размерах. Однако им присущ тот же недостаток – большой момент инерции ведомых частей. Кроме того, ведомые металлические диски, расположенные между фрикционными накладками, имеют небольшую толщину (не более 4 мм), обладают низкой теплопроводностью, сильно нагреваются при буксовании сцепления, что ускоряет износ накладок, а иногда приводит к короблению дисков и нарушению чистоты выключения сцепления.

Сухие однодисковые сцепления начали применяться с 1910 года и к середине 20-х годов прошлого века, благодаря присущим им преимуществам, получили всеобщее признание и практически вытеснили другие конструкции.

studfiles.net

1.3. Сцепление. (Для сам. работы)

Для надежной работы сцепления в нем производится две регулировки ‑ свободного хода педали сцепления и положения рычагов выключения сцепления.

Регулировка свободного хода педали сцепления или зазора между выжимным подшипником и рычагами выключения сцепления производится регулировочной гайкой 22 путем изменения длины тяги 20. При этом зазор должен быть в пределах 1,5...3 мм, что соответствует свободному ходу педали сцепления ‑ 35...50 мм. Эта регулировка эксплуатационная. Она необходима для полного включения и выключения сцепления. Так, при меньшем зазоре выжимной подшипник может постоянно или периодически нажимать на рычаги выключения, вызывая пробуксовку сцепления и увеличивая тем самым свой износ и износ фрикционных накладок и рычагов выключения.

Регулировка рычагов выключения производится при сборке и ремонте сцепления при помощи сферических гаек крепления опорных вилок 6. Эта регулировка необходима для того, чтобы нажимной диск при выключении сцепления перемещался без перекоса. В противном случае нажимной диск будет отходить от ведомого диска с перекосом, сцепление ведет, и оно изнашивается.

На рис. 10 представлено сцепление легковых автомобилей ГАЗ. Сцепление однодисковое, сухое, с периферийными пружинами и гидравлическим приводом.

Сцепление включает в себя маховик 2, нажимной диск 5, кожух 11, ведомый диск 4 с гасителем 1 крутильных колебаний, нажимные пружины 6, три рычага 10 выключения и муфту 7 выключения сцепления с герметичным выжимным подшипником, не требующим смазывания в эксплуатации. Сцепление находится в картере 3, прикрепленном к двигателю.

Ведомый диск 4 прижат к маховику 2 двигателя нажимным диском 5 усилием девяти пар цилиндрических пружин 6, равномерно расположенных по окружности. Применение двойных цилиндрических пружин (наружной и внутренней) обеспечивает в эксплуатации постоянство их нажимного усилия в необходимых пределах. Ведомый диск включает в себя ступицу 29, диски 26 и 30, фрикционные накладки 27 и гаситель крутильных колебаний.

Рисунок 10 ‑ Сцепление (а), привод (б) и детали сцепления (в) легковых автомобилей ГАЗ: 1 ‑ гаситель; 2 ‑ маховик; 3 ‑ картер; 4 ‑ ведомый диск; 5 ‑ нажимной диск; 6, 23, 28 ‑ пружины; 7 ‑ муфта; 8 ‑ вал; 9 ‑ вилка; 10 ‑ рычаг; 11 ‑ кожух; 12 ‑ шток; 13 ‑ клапан; 14, 15 ‑ цилиндры; 16, 17 ‑ отверстия; 18 ‑ толкатель; 19 ‑ поршень; 20 ‑ манжета; 21 ‑ педаль; 22 ‑ упор; 24, 25 ‑ шайбы; 26, 30 ‑ диски; 27 ‑ фрикционная накладка; 29 – ступица

Гаситель 1 крутильных колебаний, возникающих в трансмиссии при неравномерном вращении коленчатого вала двигателя при резком включении сцепления, движении автомобиля по неровной дороге, состоит из шести цилиндрических пружин 28, стальной фрикционной шайбы 25, теплоизолирующей шайбы 24, пружины 23 и упора 22.

Цилиндрические пружины гасителя размещены в окнах дисков 26 и 30 и ступицы 29, они обеспечивают их упругую связь. Фрикционная шайба 25 зафиксирована на ступице и прижата к ведомому диску пружиной 23 через теплоизолирующую шайбу 24.

Пружина установлена на упоре 22, который закреплен на ступице ведомого диска.

Гашение крутильных колебаний в трансмиссии автомобиля происходит за счет трения между фрикционной стальной шайбой 25 и ведомым диском 26, которое возникает при поворотах ведомого диска относительно его ступицы.

Крутящий момент при включенном сцеплении от маховика 2 двигателя через болты крепления передается к кожуху 11 сцепления и от него нажимному диску 5 через приливы диска, входящие в три прямоугольных окна кожуха. Затем крутящий момент передается ведомому диску 4, который установлен на шлицах первичного (ведущего) вала 8 коробки передач.

В гидравлический привод сцепления входят педаль 21, главный цилиндр 15 с бачком и толкателем 18, рабочий цилиндр 14 со штоком 12, вилка 9 и трубопровод.

Усилие от педали к вилке выключения сцепления передается через жидкость (тормозную), которой заполнен привод и которая практически не сжимается. Внутренняя полость главного цилиндра сообщается с бачком через перепускное 17 и компенсационное 16 отверстия. При этом через компенсационное отверстие жидкость проходит в бачок при изменении ее объема в цилиндре (при нагреве, после резкого отпуска педали сцепления).

При выключении сцепления при нажатии на педаль 21 толкатель 18 перемещает поршень 19 главного цилиндра, который после перекрытия компенсационного отверстия 16 выталкивает жидкость при повышенном давлении через трубопровод в рабочий цилиндр 14. Поршень рабочего цилиндра через шток 12 поворачивает на шаровой опоре вилку 9, которая перемещает муфту 7 с выжимным подшипником. Выжимной подшипник действует на рычаги 10 выключения сцепления и перемещает их внутренние концы к маховику. При этом ведущие и ведомые части сцепления разъединяются, и сцепление выключается. При отпускании педали при включении сцепления все детали привода перемещаются в исходное положение под действием возвратных пружин, а давление жидкости в приводе уменьшается до атмосферного.

При плавном отпускании педали сцепления вытесненная жидкость из рабочего цилиндра, возвращаясь в главный цилиндр, успевает заполнить в нем объем, освобожденный поршнем.

При резком отпускании педали сцепления в главном цилиндре может возникнуть разрежение, если жидкость, поступившая в него, не успеет заполнить объем, освобожденный в цилиндре поршнем. В этом случае часть жидкости из бачка через перепускное отверстие 17 поступает в полость поршня и через отверстия в его головке ‑ в полость перед поршнем, отжимая при этом края уплотнительной манжеты 20. Поступившая жидкость, заполняя цилиндр, устраняет в нем вакуум. При дальнейшем поступлении в цилиндр жидкости из привода ее излишки вытесняются в бачок через компенсационное отверстие 16.

В рабочем цилиндре имеется специальный клапан 13 для выпуска воздуха, который удаляется через него при прокачивании привода сцепления.

Однодисковое сцепление с центральной диафрагменной пружиной. Такое сцепление получило широкое применение на легковых автомобилях. Сцепление имеет простую конструкцию, небольшие размеры и массу. Для его выключения требуется небольшое усилие, так как сила диафрагменной пружины при выключении уменьшается. Однако прижимное усилие диафрагменной пружины ограничено.

На рис. 11 показано сцепление легковых автомобилей ВАЗ повышенной проходимости. Сцепление ‑ однодисковое, сухое, с центральной диафрагменной пружиной и с гидравлическим приводом.

Рисунок 11 ‑ Сцепление легковых автомобилей ВАЗ: а ‑ общий вид; б ‑ схема; в ‑ диафрагменная пружина; 1 ‑ диафрагменная пружина; 2 ‑ ведомый диск; 3 ‑ фрикционная накладка; 4 ‑ разрезной диск; 5 ‑ ступица; 6 ‑ гаситель; 7 ‑ нажимной диск; 8 ‑ маховик; 9 ‑ картер; 10 ‑ болт; 11 ‑ вал; 12 ‑ муфта; 13 ‑ вилка; 14 ‑ подшипник; 15 ‑ фланец; 16 ‑ кожух; 17 ‑ пружина; 18 ‑ крышка; 19 ‑ кольцо; 20 – фиксатор

Сцепление имеет один ведомый диск, а ведущие и ведомые его части прижимаются друг к другу центральной пружиной. Крутящий момент от двигателя сцепление передает за счет сил сухого трения. Усилие от педали к вилке выключения сцепления передается через жидкость.

Сцепление состоит из ведущих частей (маховик 8, кожух 16, нажимной диск 7), ведомых частей (ведомый диск 2) и деталей включения и выключения (пружина 1, муфта 12, подшипник 14). Стальной штампованный кожух 16, чугунный нажимной диск 7 и нажимная пружина 1 представляют собой неразборный узел, который крепится к маховику 8 болтами 10. Между маховиком и нажимным диском на шлицах ведущего вала 11 коробки передач установлен ведомый диск 2, состоящий из ступицы 5, стального разрезного диска 4 и фрикционных накладок 3. Ведомый диск снабжен пружинно-фрикционным гасителем крутильных колебаний 6, который обеспечивает упругую связь между ступицей 5 и диском 4, а также гашение крутильных колебаний. Диафрагменная пружина 1, отштампованная из листовой пружинной стали, в свободном состоянии имеет вид усеченного конуса с радиальными прорезями, идущими от ее внутреннего края. Радиальные прорези образуют 18 лепестков, которые являются упругими выжимными рычажками. Упругость этих рычажков способствует обеспечению плавной работы сцепления. Пружина 1 с помощью заклепок и двух колец 19 закреплена на кожухе 16 сцепления. При этом наружный ее край, соприкасающийся с нажимным диском, передает усилие от пружины на нажимной диск. Сцепление вместе с маховиком размещается в отлитом из алюминиевого сплава картере 9, закрытом спереди стальной штампованной крышкой 18 и закрепленном на заднем торце блока цилиндров двигателя.

Сцепление имеет гидравлический привод.

Однодисковое сцепление с центральной конической пружиной.

В отличие от сцепления с диафрагменной пружиной однодисковое сцепление с центральной конической пружиной позволяет передавать большой крутящий момент благодаря установке между нажимным диском и пружиной специального рычажного механизма, увеличивающего давление пружины.

Такое сцепление имеет меньший осевой размер и более простую конструкцию, чем сцепление с периферийными пружинами. Равномерность нагрузки на нажимной диск обеспечивается веерообразными упругими рычагами, передающими усилие пружины на нажимной диск.

Сцепление с центральной конической пружиной получило применение на грузовых автомобилях большой грузоподъемности.

На рис. 12 показано сцепление грузового автомобиля МАЗ. Сцепление ‑ однодисковое, фрикционное сухое, с центральной конической пружиной и с механическим приводом. Коническая пружина 5, имеющая поперечное сечение витка прямоугольной формы, в сжатом состоянии расположена между подвижной втулкой 6 и опорным фланцем 3. Пружина не касается нажимного диска, при работе меньше нагревается и дольше сохраняет свою упругость. Фланец закреплен в кожухе 8, привернутом к маховику 11 двигателя. На внутреннем конце втулки 6 закреплена обойма 12, в которой находятся шаровые опоры нажимных рычагов 4. Нажимные рычаги выполнены в форме диска, разрезанного на отдельные секторы, в виде лопастей вентилятора для охлаждения сцепления. Наружные концы рычагов 4 находятся между кольцевыми выступами опорного фланца 3 и нажимного диска 1, что обеспечивает перемещение нажимного 1 и ведомого 10 дисков и прижатие ведомого диска к маховику двигателя. Упругие нажимные рычаги обеспечивают плавность включения и выключения сцепления. Давление конической пружины регулируется прокладками 2, установленными между кожухом 8 и опорным фланцем 3. Нажимной диск имеет прямоугольные выступы, которые входят в продольные пазы кожуха. Это обеспечивает передачу крутящего момента от маховика на нажимной диск и перемещение нажимного диска в осевом направлении. Сцепление размещено в картере, прикрепленном болтами к блоку цилиндров двигателя.

1 ‑ нажимной диск;

2 ‑ регулировочные прокладки;

3 ‑ фланец;

4 ‑ рычаг;

5 ‑ коническая пружина;

6 ‑ втулка;

7 ‑ муфта;

8 ‑ кожух;

9 ‑ пружина;

10 ‑ ведомый диск;

11 ‑ маховик;

12 ‑ обойма

Рисунок 12 ‑ Однодисковое сцепление с конической пружиной

грузового автомобиля

При включенном сцеплении ведомый диск 10 зажат между нажимным диском 1 и маховиком 11 под действием конической пружины 5 и нажимных рычагов 4. Сцепление передает крутящий момент. При выключении сцепления муфта 7 с выжимным подшипником перемещается к маховику и давит на подвижную втулку 6. Втулка сжимает пружину 5 и перемещает внутренние концы рычагов 4 к маховику. При этом наружные концы рычагов перемещаются в сторону от маховика, их давление на нажимной диск 1 прекращается. Нажимной диск отводится от маховика оттяжными пружинами 9, освобождая ведомый диск 10. Сцепление выключается, крутящий момент через него не передается.

Двухдисковые сцепления с периферийными пружинами. На рис. 13, а представлено сцепление грузовых автомобилей КамАЗ. Сцепление двухдисковое, фрикционное, сухое, с периферийными пружинами и гидравлическим приводом.

Ведущими в сцеплении являются маховик 1, средний ведущий диск 12, нажимной диск 11 и кожух 10, а ведомыми ‑ диски 3 с гасителями 2 крутильных колебаний. Усилие, сжимающее ведущие и ведомые диски, создается пружинами 9. Крутящий момент от двигателя передается нажимному и среднему ведущему дискам через выступы, выполненные на их наружных поверхностях, входящие в четыре продольных паза на маховике. Пазы на маховике позволяют перемещаться выступам, а следовательно, и ведущим дискам 11 и 12 относительно маховика при включении и выключении сцепления.

Рисунок 13 ‑ Сцепление (а) и привод сцепления (б) грузовых автомобилей КамАЗ: 1 ‑ маховик; 2 ‑ гаситель; 3 ‑ ведомые диски; 4 ‑ рычажный механизм; 5 ‑ рычаг; 6 ‑ муфта выключения с подшипником; 7 ‑ вилка; 8 ‑ кольцо; 9 ‑ пружина; 10 ‑ кожух; 11 ‑ нажимной диск; 12 ‑ ведущий диск; 13, 16 ‑ рычаги; 14 ‑ педаль; 15, 23 ‑ цилиндры; 17, 22 ‑ штоки; 18 ‑ трубопровод; 19 ‑ пневматический усилитель; 20 ‑ следящее устройство; 21 – воздухопровод

На среднем ведущем диске 12 установлен рычажный механизм 4, пружина которого при выключении сцепления поворачивает равноплечий рычаг 13. При этом рычаг, упираясь своими концами в нажимной диск 11 и маховик 7, устанавливает средний ведущий диск 12 на одинаковом расстоянии от маховика и нажимного диска.

Рычаги 5 выключения сцепления соединены с упорным кольцом 8, в которое при выключении сцепления упирается выжимной подшипник 6 муфты выключения, перемещающейся по направляющей втулке.

Привод сцепления ‑ гидравлический с пневматическим усилителем. Привод включает в себя (рис. 13, б) педаль 14, главный цилиндр 15, рабочий цилиндр 23, пневматический усилитель 19, следящее устройство 20, вилку 7 и муфту выключения с подшипником 6, трубопроводы 18 и шланги для подачи рабочей жидкости от главного цилиндра к рабочему, воздухопровод 21 для подачи воздуха в пневмоусилитель.

При выключении сцепления усилие от педали 14 через рычаг 16 и шток 17 передается поршню главного цилиндра 15, из которого рабочая жидкость под давлением по трубопроводам 18 одновременно поступает в рабочий цилиндр 23 и в корпус следящего устройства 20. Следящее устройство обеспечивает при этом поступление сжатого воздуха в пневматический усилитель 19 из воздухопровода 21. Оно автоматически изменяет давление воздуха в пневматическом усилителе пропорционально усилию на педали сцепления. Суммарное усилие, создаваемое давлением воздуха в пневматическом усилителе 19 и давлением жидкости в рабочем цилиндре 23, передается через шток 22 на вилку выключения сцепления и от нее на муфту выключения с выжимным подшипником.

Установка пневматического усилителя в гидравлическом приводе позволяет значительно облегчить управление сцеплением ‑ его выключение и удержание в выключенном состоянии. В случае выхода из строя пневматического усилителя выключение сцепления осуществляется только давлением жидкости. При этом усилие нажатия на педаль сцепления увеличивается до 600 Н.

Главный цилиндр привода сцепления (рис. 14) включает в себя корпус 3, поршень 5 со штоком 6, уплотнительную манжету 4 и возвратную пружину 2. Внутри корпуса находятся полости А и Б, которые заполнены рабочей жидкостью. Корпус цилиндра закрыт защитным чехлом 7 и пробкой 1 с резьбовым отверстием для подсоединения трубопровода.

Рисунок14 ‑ Главный цилиндр привода сцепления грузовых автомобилей КамАЗ:

1 ‑ пробка; 2 ‑ пружина; 3 ‑ корпус; 4 ‑ манжета; 5 ‑ поршень; 6 ‑ шток; 7 ‑ чехол; А, Б ‑ полости; В – отверстие

При включенном сцеплении (педаль сцепления отпущена) поршень находится в исходном положении под действием пружины 2. При этом полости А и Б в корпусе сообщаются между собой через открытое отверстие В, выполненное в поршне.

При выключении сцепления при нажатии на педаль сцепления шток 6 перемещается внутрь цилиндра в сторону поршня 5, перекрывает отверстие В и разъединяет полости A и Б. Под давлением поршня жидкость из главного цилиндра через трубопровод поступает к пневматическому усилителю. При этом давление жидкости пропорционально усилию нажатия на педаль сцепления.

Схема, конструкция и статическая характернетика пневмоусилителя автомобилей КамАЗ показаны на рис. 15.

Рисунок 15 ‑ Пневматический усилитель сцепления автомобилей КамАЗ:

а ‑ схема; 1 ‑ педальный привод; 2 ‑ главный гидроцилипдр; 3 ‑ гидролиния; 4 ‑ силовой гидроцилиндр; 5 ‑ клапан сжатого воздуха; 6 ‑ атмосферный клапан; 7 ‑ картер мембранного устройства; 8 ‑ мембрана; 9 – следящий поршень; 10 ‑ гидравлический цилиндр выключения сцепления; 11 ‑ шток; I ‑ из ресивера; ІІ ‑ в атмосферу

Педаль 1 привода, связанная с главным цилиндром 2, гидролинией 3, соединяется с пневмоусилителем. Пневмоусилитель включает в себя пневмоцилиндр 4, гидроцилипдр 10 выключения сцепления и мембранное следящее устройство 7, объединенные в одном агрегате. Рассмотрим наиболее характерные режимы работы пневмоусилителя.

1. Усилие на педали отсутствует ‑ сцепление включено. Давление в главном цилиндре 2 и в гидролинии 3 отсутствует. Мембрана 8 ‑ пружиной отжата вправо, а вместе с мембраной отжат связанный с ней патрубок ‑ седло атмосферного клапана 6. Впускной клапан 5 сжатого воздуха закрыт, а атмосферный клапан 6 открыт, сообщая левую полость пневмоцплиндра 10 с атмосферой. Поршень пневмоцилиндра 4 под действием пружины отжат в крайнее левое положение. Усилие па штоке 11 привода отсутствует.

2. Усилие на педали повышается ‑ сцепление выключается. Если в ресивере сжатый воздух отсутствует, то усилие на штоке только от давления в гидролинии.

Если сжатый воздух имеется в ресивере, то давление жидкости в гидролинии, воздействуя на поршень 9 следящего устройства, перемещает его влево. При этом мембрана 8 выгибается, также преодолевая усилие пружины Р1, и своим седлом закрывает выпускной клапан 6 и открывает клапан 5 сжатого воздуха. Сжатый воздух поступает в левую полость пневмоцилнндра 4 и воздействует на его поршень.

3. Усилие на педали уменьшается ‑ сцепление включается. Давление в гидролинии 3 падает. Уменьшается при этом сила, с которой следящий поршень 9 действует на мембрану 6; последняя выгибается вправо, открывая выпускной клапан в и закрывая впускной клапан 5. Усилие на штоке 11 падает.

4. Усилие на педали постоянно ‑ сцепление выключено. Усилие, создаваемое пневмоцилиндром 4, должно быть также постоянным. Это возможно только в том случае, когда оба клапана 5 и 6 закрыты, что соответствует равновесному положению мембраны 8:

В двухдисковом фрикционном сцеплении грузовых автомобилей МАЗ (рис. 16) сжатие маховика 1, нажимного 18, среднего ведущего 3 и двух ведомых 2 дисков осуществляется периферийными цилиндрическими пружинами 16, равномерно расположенными в два ряда по окружности. В каждом ряду находится по 14 пружин.

Рисунок 16 ‑ Сцепление грузовых автомобилей МАЗ: 1 ‑ маховик; 2 ‑ ведомые диски; 3 ‑ ведущий диск; 4, 14 ‑ кольца; 5, 6, 16 ‑ пружины; 7 ‑ шток; 8, 17 ‑ крышки; 9 ‑ рычаг; 10 ‑ вилка; 11 ‑ гайка; 12 ‑ картер; 13 ‑ подшипник; 15 ‑ кожух; 18 ‑ нажимной диск

Ведомые диски включают в себя гасители крутильных колебаний, каждый из которых имеет по шесть цилиндрических пружин 5 и по два стальных фрикционных кольца 4. Средний ведущий и нажимной диски направляющими выступами входят в пазы маховика. Отжимные пружины б расположены между маховиком и средним диском. При выключении сцепления они перемещают средний диск на необходимую величину, которая регулируется четырьмя штоками 7. Четыре рычага 9 выключения сцепления установлены в валках 10, закрепленных в кожухе 15 сферическими гайками 11. К внутренним концам рычагов присоединено кольцо 14, в которое при выключении сцепления упирается выжимной подшипник 13 муфты выключения. Смазывание муфты и подшипника производится через гибкий шланг из масленки, закрепленной на картере 12. В верхней и нижней частях картера сцепления находятся люки с крышками 8 и 17. Нижняя крышка 17 имеет вентиляционные отверстия.

Привод сцепления ‑ механический с пневматическим усилителем. Пневмоусилитель состоит из клапана управления и силового цилиндра. Клапан управления включен в механический привод сцепления последовательно. Это обеспечивает действие усилителя пропорционально силе давления на педали сцепления и позволяет выключать сцепление одним механическим приводом при неработающем пневмоусилителе.

Двухдисковое сцепление с центральной конической пружиной. Двухдисковое сцепление с центральной конической пружиной по конструкции проще, чем двухдисковое сцепление с периферийными пружинами, и имеет меньший осевой размер.

В таком сцеплении (рис. 17) равномерность нажимного усилия конической пружины 7, сжимающей ведущие и ведомые детали, обеспечивается веерообразными упругими нажимными рычагами 5. Эти рычаги выполнены в форме лопастей вентилятора, что улучшает охлаждение и вентиляцию дисков сцепления. Кроме того, они обеспечивают плавное включение и выключение сцепления. Нижние концы рычагов с шаровыми опорами размещены в обойме 8, закрепленной на подвижной втулке 9, а наружные концы зажаты между кольцевыми выступами опорного фланца 6 и нажимного диска 4. Такое крепление нажимных рычагов обеспечивает перемещение нажимного 4, среднего ведущего 2 и ведомых 1 дисков при включении и выключении сцепления. Кроме того, подобная конструкция рычагов увеличивает давление центральной конусной пружины, сжимающей ведущие и ведомые детали сцепления.

Нажимной диск 4 своими прямоугольными выступами соединяется с кожухом 10 сцепления, а средний ведущий диск 2 связан с маховиком 13 двигателя пальцем 3. Такие соединения обеспечивают передачу крутящего момента от маховика на диски и перемещение дисков в осевом направлении. При выключении сцепления средний ведущий диск отжимается от маховика пружинами 12 до упора 11, установленного в кожухе 10 сцепления.

Привод сцепления ‑ механический с пневматическим усилителем, который создает при выключении сцепления усилие, пропорциональное приложенной к педали сцепления силе давления.

Рисунок 17 ‑ Двухдисковое сцепление с центральной конической пружиной:

1 ‑ ведомые диски; 2 ‑ ведущий диск; 3 ‑ палец; 4 ‑ нажимной диск; 5 ‑ рычаг; 6 ‑ фланец; 7 ‑ коническая пружина; 8 ‑ обойма; 9 ‑ втулка; 10 ‑ кожух; 11 ‑ упор; 12 ‑ пружина; 13 ‑ маховик

Многодисковое сцепление. В многодисковом фрикционном сцеплении (рис. 18) тяжелого грузового автомобиля к ведущим деталям относятся маховик 1 двигателя и ведущий барабан 2 с ведущими дисками 3, к ведомым деталям ‑ ведомый барабан 5 с ведомыми дисками 4, к деталям включения ‑ две центральные цилиндрические пружины 12, а к деталям выключения ‑ муфта выключения с выжимным подшипником 6. Крышка 9, опорная тарелка 11 и соединительные болты 8 являются деталями включения и выключения сцепления и выполняют их функции.

Ведущий барабан 2 прикреплен болтами к маховику 1 двигателя, а ведомый барабан 5 закреплен на конце первичного вала 7 коробки передач. Между ведущим и ведомым барабанами размещены поочередно ведущие 3 и ведомые 4 диски сцепления. Диски прижимаются один к другому и к фланцу 10 ведомого барабана при помощи крышки 9 двумя пружинами 12. Пружины находятся внутри ведомого барабана между его днищем и опорной тарелкой 11, в которую ввернуты болты 8, соединяющие тарелку с крышкой 9. Болты свободно проходят через отверстия, выполненные для них в днище барабана 5 и в крышке 9. Благодаря такому соединению опорной тарелки с крышкой обеспечивается воздействие пружин 12 на крышку 9 и сжатие ведущих и ведомых дисков сцепления.

Рисунок 18 ‑ Многодисковое сцепление грузового автомобиля: 1 ‑ маховик; 2, 5 ‑ ведущий и ведомый барабаны; 3, 4 ‑ ведущие и ведомые диски; 6 ‑ подшипник; 7 ‑ вал; 8 ‑ болт; 9 ‑ крышка; 10 ‑ фланец; 11 ‑ тарелка; 12 ‑ пружина

Соединения ведущих дисков 3 с ведущим барабаном 2 и ведомых дисков 4 с ведомым барабаном 5 выполнены таким образом, что диски могут перемещаться в осевом направлении, но вращаться со своим барабаном только как одно целое.

При включенном сцеплении крутящий момент двигателя передается к первичному валу 7 коробки передач последовательно переходя через маховик 1, ведущий барабан 2, ведущие диски 3, ведомые диски 4 и ведомый барабан 5.

При выключении сцепления муфта выключения с выжимным подшипником 6 перемещается вправо от маховика, подшипник воздействует на втулку, связанную с крышкой 9 и перемещает ее в ту же сторону. При этом усилие от крышки 9 через соединительные болты 8 передается на опорную тарелку 11, нажимные пружины 12 сжимаются, а сжатие ведущих и ведомых дисков сцепления прекращается. Сцепление выключается, и крутящий момент через него не передается.

Для включения сцепления отпускается его педаль управления и пружины 12, воздействуя на крышку 9, сжимают ведущие и ведомые диски сцепления. Сцепление включается, и через него передается крутящий момент от двигателя на трансмиссию.

Полуцентробежное и центробежное сцепления. Во всех рассмотренных ранее сцеплениях сила сжатия ведущих и ведомых деталей постоянна, так как создается усилием пружин. Она не зависит от передаваемого через сцепление крутящего момента. Поэтому при выключении сцепления всегда приходится преодолевать одно и то же усилие пружин, независимо от значения крутящего момента, которое обусловлено условиями движения автомобиля. Это значительно усложняет работу водителя.

Снижение затрат физических усилий при выключении сцепления достигается применением полуцентробежных и центробежных сцеплений.

Полуцентробежным называется фрикционное сцепление, в котором сжатие ведущих и ведомых деталей осуществляется совместно пружинами и центробежными грузиками. В полуцентробежном сцеплении (рис. 19) применяются более слабые (по сравнению с обычным сцеплением) нажимные периферийные пружины 2 и центробежные грузики 1, выполненные как единое целое с рычагами выключения сцепления. Усилие сжатия от центробежных грузиков зависит от скорости их вращения, т. е. от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Чем больше частота вращения коленчатого вала, тем больше центробежные силы, действующие на грузики, и тем больше усилие, создаваемое грузиками, и наоборот. Поэтому при трогании автомобиля с места для удержания педали сцепления в выключенном состоянии, когда частота вращения коленчатого вала низкая, требуется небольшое усилие. Но при переключении передач, особенно при высоких скоростях движения автомобиля, к педали сцепления необходимо прикладывать значительное усилие для преодоления суммарной силы сжатия пружин и центробежных грузиков. Кроме того, при движении автомобиля в тяжелых дорожных условиях с небольшой скоростью сцепление может пробуксовывать, что приводит к снижению его долговечности. В связи с этим полуцентробежные сцепления на современных автомобилях применяются очень редко.

studfiles.net